JP3629222B2

JP3629222B2 - Semiconductor device

Info

Publication number: JP3629222B2
Application number: JP2001180294A
Authority: JP
Inventors: 博久山村; 信紀松平; 祥太郎内藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2015-10-09
Also published as: JP2002033447A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device of containing two-circuits having low internal inductance. SOLUTION: A positive electrode bus bar 20 and an output bus bar 22 are fixed onto an insulation substrate, and a negative bus bar 24 is electrically insulated and disposed close to at least the positive electrode bus bar 20. An IGBT chip 30 and a diode chip 42 at the positive electrode are electrically connected to the positive electrode bus bar 20 and the output bus bar 22, and fixed onto the positive electrode bus bar 26. An IGBT chip 32 and a diode chip 40 at the negative electrode are electrically connected to the output bus bar 22 and the negative electrode bus bar 24 and fixed onto the output bus bar 22.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大電流を高速スイッチングする半導体装置に係り、特に、電気車駆動装置や車載用モ−タ制御装置に用いる好適な半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気車、特に電気自動車では、駆動装置の小型軽量化が要求されている。かかる駆動装置では、バッテリー等の直流電源からモーターを駆動する交流を得るために、大電流を高速スイッチングする半導体装置が用いられている。特に、最近のパワ−エレクトロニクスの進歩によって、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの高速大電力半導体が開発されるにいたり、その発生損失の低減のため、内部インダクタンスを小さくすることが重要視されている。
【０００３】
そこで、例えば、特公平５−２５３９２号公報に記載されているように、トランジスタのコレクタに至る通電路とエミッタに至る通電路とが互いに平行になるように近接することにより、磁界をキャンセルしてインダクタンスを小さくすることが知られている。
【０００４】
さらに、例えば、特開平６−６９４１５号公報に記載のように、トランジスタとダイオードの直列回路を並列に配置する２回路内蔵方式が知られている。かかる２回路内蔵方式においても、トランジスタのコレクタに至る通電路とエミッタに至る通電路とを近接平行として、インダクタンスを小さくすることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２回路内蔵方式にあっては、第１の回路と第２の回路を接続するために、ジャンパープレートを用いているため、このジャンパープレートによるインダクタンスの増加が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、内部インダクタンスの小さな２回路内蔵方式の半導体装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、絶縁基板上に固定された正極ブスバーおよび出力ブスバーと、電気的に絶縁されて少なくとも前記正極ブスバーに近接配置された負極ブスバーと、前記正極ブスバーおよび前記出力ブスバーと電気的に接続されるとともに、前記正極ブスバー上に固着された正極側のＩＧＢＴチップおよびダイオードチップと、前記出力ブスバーおよび前記負極ブスバーと電気的に接続されるとともに、前記出力ブスバー上に固着された負極側のＩＧＢＴチップおよびダイオードチップとを有するようにしたものであり、かかる構成とすることにより、インダクタンスを低減し得るものとなる。
【０００８】
上記半導体装置において、好ましくは、前記負極ブスバーは、少なくとも前記正極ブスバーの上方に近接配置したものである。
【０００９】
上記半導体装置において、好ましくは、前記電気的な接続は、ワイヤボンディングで行うようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による半導体装置の平面図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ断面図であり、図３は、本発明の一実施の形態による半導体装置の回路図である。
【００１１】
図１において、四角形の絶縁板１０の上には、四角形の枠状のケース１２が固定されている。絶縁板１０は、例えば、窒化アルミ板からなる。絶縁板１０の上であって、図面に向かって左側の方には、長方形の正電極端子として用いられる正極ブスバー２０が、接合されている。接合は、銀ローなどのロー材を用いている。また、正極ブスバー２０の右側であって、絶縁板１０の上には、出力端子として用いられる出力ブスバー２２が、ロー付けにより接合されている。正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、同一の絶縁板１０上に取り付けられているため、互いに平行である。また、長方形の正極ブスバー２０の長軸方向と出力ブスバー２２の長軸方向は互いに平行であり、この点においても、正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、互いに平行である。
【００１２】
正極ブスバー２０の上には、図示しない半田により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ３０Ａ，３０Ｂと転流用のダイオード４２Ａ，４２Ｂが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ３０Ａ，３０Ｂのコレクタとダイオード４２Ａ，４２Ｂのアノードが、正極ブスバー２０に接続されている。
【００１３】
ここで、ＩＧＢＴチップ３０Ａ，３０Ｂのそれぞれの電流容量を１００Ａとすると、パワーモジュール全体の電流容量を２００Ａとするために、ＩＧＢＴチップ３０ＡとＩＧＢＴチップ３０Ｂは互いに平行に接続されている。従って、パワーモジュール全体の電流容量が１００Ａでよい時には、ＩＧＢＴチップ３０Ａだけを用いればよい。
【００１４】
また、出力ブスバー２２の上には、図示しない半田により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ３２Ａ，３２Ｂと転流用のダイオード４０Ａ，４０Ｂが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ３２Ａ，３２Ｂのコレクタとダイオード４０Ａ，４０Ｂのアノードが、出力ブスバー２２に接続されている。
【００１５】
ここで、ＩＧＢＴチップ３２Ａ，３２Ｂのそれぞれの電流容量を１００Ａとすると、パワーモジュール全体の電流容量を２００Ａとするために、ＩＧＢＴチップ３２ＡとＩＧＢＴチップ３２Ｂは互いに平行に接続されている。従って、パワーモジュール全体の電流容量が１００Ａでよい時には、ＩＧＢＴチップ３０Ａだけを用いればよい。
【００１６】
出力ブスバー２２は、一体的に形成された凹凸状の接続端子部２２ｘ１，２２ｘ２，２２ｘ３，２２ｘ４を有しており、ＩＧＢＴチップ３０Ａのエミッタが、アルミワイヤ５０Ａ１によって、出力ブスバー２２の接続端子部２２ｘ２に接続され、ＩＧＢＴチップ３０Ｂのエミッタが、アルミワイヤ５０Ａ２によって、出力ブスバー２２の接続端子部２２ｘ３に接続されている。また、ダイオード４２Ｂのアノードが、アルミワイヤ５０Ａ４によって、出力ブスバー２２の接続端子２２ｘ１に接続され、ダイオード４２Ａのアノードが、アルミワイヤ５０Ａ３によって、出力ブスバー２２の接続端子２２ｘ４に接続されている。ここで、アルミワイヤ５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ａ３，５０Ａ４は、それぞれ、２本づつの線で表しているが、実際には、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ａ３，５０Ａ４は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００１７】
正極ブスバー２０の上には、３本の円柱形の絶縁物６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが固定されている。また、出力ブスバー２２の上には、３本の円柱形の絶縁物６０Ｄ，６０Ｅ，６０Ｆが固定されている。そして、６本の絶縁物６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ，６０Ｆの上には、負極ブスバー２４が固定されている。従って、負極ブスバー２４は、正極ブスバー２０と互いに平行になっており、また、負極ブスバー２４と正極ブスバー２０を流れる電流の向きは、逆方向となっている。負極ブスバー２４は、ケース１２によっても保持されている。
【００１８】
負極ブスバー２４の右側には、一体的に形成された凹凸状の接続端子部２４ｘ１，２４ｘ２，２４ｘ３，２４ｘ４を有しており、ＩＧＢＴチップ３２Ａのエミッタが、アルミワイヤ５０Ｂ１によって、負極ブスバー２４の接続端子部２４ｘ２に接続され、ＩＧＢＴチップ３２Ｂのエミッタが、アルミワイヤ５０Ｂ２によって、負極ブスバー２４の接続端子部２４ｘ３に接続されている。また、ダイオード４０Ａのアノードが、アルミワイヤ５０Ｂ３によって、負極ブスバー２４の接続端子２４ｘ１に接続され、ダイオード４０Ｂのアノードが、アルミワイヤ５０Ｂ４によって、負極ブスバー２４の接続端子２４ｘ４に接続されている。ここで、アルミワイヤ５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｂ３，５０Ｂ４は、それぞれ、２本づつの線で表しているが、実際には、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｂ３，５０Ｂ４は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００１９】
ここで、アルミワイヤ５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ａ３，５０Ａ４とアルミワイヤ５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｂ３，５０Ｂ４は、それぞれ、平行に保たれている。即ち、この点については、図２を用いて詳述するが、アルミワイヤ５０Ａ１とアルミワイヤ５０Ｂ１が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっており、また、アルミワイヤ５０Ａ２とアルミワイヤ５０Ｂ２が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。さらに、アルミワイヤ５０Ａ３とアルミワイヤ５０Ｂ３が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっており、また、アルミワイヤ５０Ａ４とアルミワイヤ５０Ｂ４が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。
【００２０】
従って、ＩＧＢＴチップ３０Ａのエミッタは、ダイオード４０Ａのカソードに接続され、第１の直列回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ３０Ｂのエミッタは、ダイオード４０Ｂのカソードに接続され、これも、第１の直列回路を構成している。ＩＧＢＴチップ３０Ａとダイオード４０Ａの直列回路は、ＩＧＢＴチップ３０Ｂとダイオード４０Ｂの直列回路と並列接続されている。ＩＧＢＴチップ３０Ａとダイオード４０Ａの直列回路の電流容量を１００Ａとし、ＩＧＢＴチップ３０Ｂとダイオード４０Ｂの直列回路の電流容量を１００Ａとすると、これらの回路は並列接続されており、電流容量を２００Ａとしている。従って、電流容量を１００Ａでよい時には、ＩＧＢＴチップ３０Ａとダイオード４０Ａの直列回路だけを用いればよい。
【００２１】
また、ＩＧＢＴチップ３２Ａのコレクタは、ダイオード４２Ａのアノードに接続され、第２の直列回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ３２Ｂのコレクタは、ダイオード４２Ｂのアノードに接続され、これも、第２の直列回路を構成している。ＩＧＢＴチップ３２Ａとダイオード４２Ａの直列回路は、ＩＧＢＴチップ３２Ｂとダイオード４２Ｂの直列回路と並列接続されている。ＩＧＢＴチップ３２Ａとダイオード４２Ａの直列回路の電流容量を１００Ａとし、ＩＧＢＴチップ３２Ｂとダイオード４２Ｂの直列回路の電流容量を１００Ａとすると、これらの回路は並列接続されており、電流容量を２００Ａとしている。従って、電流容量を１００Ａでよい時には、ＩＧＢＴチップ３２Ａとダイオード４２Ａの直列回路だけを用いればよい。
【００２２】
第１の直列回路と第２の直列回路は、それぞれ、正極ブスバー２０と負極ブスバー２４に対して並列接続されているとともに、第１の直列回路のＩＧＢＴチップのエミッタとダイオードのアノードの接続点及び、第２の直列回路のダイオードのカソードとＩＧＢＴチップのコレクタの接続点は、出力ブスバー２２に共通接続されている。
【００２３】
さらに、正極ブスバー２０の左側であって、絶縁板１０の上には、端子台７０が取り付けられている。端子台７０のうえには、半田により、ゲート抵抗７４Ａ，７４Ｂが固定されている。ゲート抵抗７４Ａは、アルミワイヤ７８Ａ１によりＩＧＢＴチップ３０Ａのベースに接続されている。ゲート抵抗７４Ｂは、アルミワイヤ７８Ｂ１によりＩＧＢＴチップ３０Ｂのベースに接続されている。また、出力ブスバー２２の右側であって、絶縁板１０の上には、端子台７２が取り付けられている。端子台７２のうえには、半田により、ゲート抵抗７６Ａ，７６Ｂが固定されている。ゲート抵抗７６Ａは、アルミワイヤ７８Ａ２によりＩＧＢＴチップ３２Ａのベースに接続されている。ゲート抵抗７６Ｂは、アルミワイヤ７８Ｂ２によりＩＧＢＴチップ３２Ｂのベースに接続されている。
【００２４】
ＩＧＢＴチップからの放熱は、絶縁板１０を介して行われる。
【００２５】
次に、図２を用いて、図１に示した本発明の一実施の形態による半導体装置の断面構造について説明する。
【００２６】
絶縁板１０の上には、枠状のケース１２が固定されている。絶縁板１０の上であって、図面に向かって左側の方には、正電極端子として用いられる正極ブスバー２０が、接合されている。接合は、銀ローなどのロー材を用いている。また、正極ブスバー２０の右側であって、絶縁板１０の上には、出力端子として用いられる出力ブスバー２２が、ロー付けにより接合されている。正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、同一の絶縁板１０上に取り付けられているため、互いに平行である。また、正極ブスバー２０の長軸方向（図面に直交する方向）と出力ブスバー２２の長軸方向（図面に直交する方向）は互いに平行であり、この点においても、正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、互いに平行である。
【００２７】
正極ブスバー２０の上には、半田８０により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ３０Ａと図示しない転流用のダイオードが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ３０Ａのコレクタとダイオードのアノードが、正極ブスバー２０に接続されている。
【００２８】
また、出力ブスバー２２の上には、半田８２により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ３２Ａと図示しない転流用のダイオードが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ３２Ａのコレクタとダイオードのアノードが、出力ブスバー２２に接続されている。
【００２９】
出力ブスバー２２は、一体的に形成された凹凸状の接続端子部２２ｘ２を有しており、ＩＧＢＴチップ３０Ａのエミッタが、アルミワイヤ５０Ａ１によって、出力ブスバー２２の接続端子部２２ｘ２に接続されている。また、図示しないダイオードのカソードが、アルミワイヤによって、出力ブスバー２２の接続端子に接続されている。ここで、アルミワイヤ５０Ａ１は複数本平行に用いられている。アルミワイヤ５０Ａ１は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００３０】
正極ブスバー２０の上には、円柱形の絶縁物６０Ｂが固定されている。また、出力ブスバー２２の上には、円柱形の絶縁物６０Ｅが固定されている。そして、これらの絶縁物６０Ｂ，６０Ｅの上には、負極ブスバー２４が固定されている。従って、負極ブスバー２４は、正極ブスバー２０と互いに平行になっており、また、負極ブスバー２４と正極ブスバー２０を流れる電流の向きは、逆方向となっている。
【００３１】
負極ブスバー２４の右側には、一体的に形成された凹凸状の接続端子部２４ｘ２を有しており、ＩＧＢＴチップ３２Ａのエミッタが、アルミワイヤ５０Ｂ１によって、負極ブスバー２４の接続端子部２４ｘ２に接続されている。また、図示しないダイオードのカソードが、アルミワイヤによって、負極ブスバー２４の接続端子に接続されている。ここで、アルミワイヤ５０Ｂ１複数本平行に用いられている。アルミワイヤ５０Ｂ１は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００３２】
また、負極ブスバー２４は、絶縁物６０Ｂ，６０Ｅを介して、正極ブスバー２０や出力ブスバー２２とは、異なる平面上に支持されているので、負極ブスバー２４とＩＧＢＴチップ３２Ａのエミッタの間には、段差があり、従来のワイヤボンデイング技術では、このような段差がある場合には、アルミワイヤによるボンデイングが不可能であったが、近年、このような段差のある箇所にも適用可能なボンデイング技術が開発されたため、このような配置が可能となっている。また、正極ブスバー２０と負極ブスバー２４の間には、円柱状の絶縁物６０Ｂ，６０Ｅを用いているため、超音波ボンデイング時の共振現象を防止できる。
【００３３】
ここで、アルミワイヤ５０Ａ１とアルミワイヤ５０Ｂ１は、それぞれ、平行に保たれている。即ち、アルミワイヤ５０Ａ１とアルミワイヤ５０Ｂ１が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。
【００３４】
従って、ＩＧＢＴチップ３０Ａのエミッタは、出力ブスバー２２の上に固定された図示しないダイオードのカソードに接続され、第１の直列回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ３２Ａのコレクタは、正極ブスバー２０の上に固定された図示しないダイオードのアノードに接続され、第２の直列回路を構成している。
【００３５】
第１の直列回路と第２の直列回路は、それぞれ、正極ブスバー２０と負極ブスバー２４に対して並列接続されているとともに、第１の直列回路のＩＧＢＴチップのエミッタとダイオードのカソードの接続点及び、第２の直列回路のダイオードのアノードとＩＧＢＴチップのコレクタの接続点は、出力ブスバー２２に共通接続されている。
【００３６】
さらに、正極ブスバー２０の左側であって、絶縁板１０の上には、端子台７０が取り付けられている。端子台７０のうえには、半田により、ゲート抵抗７４Ａが固定されている。ゲート抵抗７４Ａは、アルミワイヤ７８Ａ１によりＩＧＢＴチップ３０Ａのベースに接続されている。また、出力ブスバー２２の右側であって、絶縁板１０の上には、端子台７２が取り付けられている。端子台７２のうえには、半田により、ゲート抵抗７６Ａが固定されている。ゲート抵抗７６Ａは、アルミワイヤ７８Ａ２によりＩＧＢＴチップ３２Ａのベースに接続されている。絶縁板１０の裏には、銅パターン９０が形成されており、ＩＧＢＴチップからの放熱は、絶縁板１０を介して行われる。
【００３７】
正極ブスバー２０と出力ブスバー２２は、絶縁板１０の上に、０．４ｍｍ程度に薄くした部分をロー付けにより、接合している。
【００３８】
ＩＧＢＴチップ３０Ａ，３２Ａの表面は、チップ保護のためのコーテイング剤で覆われ、さらに、絶縁板１０の上に固定された枠状のケース１２によって形成される空間には、チップ保護のために、ゲル１００が充填されている。
【００３９】
本実施の形態によれば、正極ブスバー２０と出力ブスバー２２が互いに平行に配置されているため、インダクタンスを低減することができる。
【００４０】
また、ＩＧＢＴチップが正極ブスバー２０及び出力ブスバー２２の上に直接ついているので、配線距離をさらに、短くできる。
【００４１】
また、負極ブスバー２４を正極ブスバー２０の上に平行に配置され、しかも、正極ブスバー２０を流れる電流の向きと負極ブスバー２４を流れる電流の向きが逆方向であるため、インダクタンスを低減することができる。
【００４２】
また、負極ブスバー２４を正極ブスバー２０の上に平行に配置したため、従来のようなジャンパープレートを使用する必要がないため、インダクタンスを低減できる。
【００４３】
また、負極ブスバー２４を正極ブスバー２０の上に平行に配置し、さらに、負極ブスバー２４と出力ブスバー２２の上に固定されたＩＧＢＴチップのエミッタを接続するアルミワイヤと、正極ブスバー２０の上に固定されたＩＧＢＴチップのエミッタと出力ブスバー２２を接続するアルミワイヤとを互いに平行にし、しかも、それらを流れる電流の向きを逆方向とすることにより、さらに、インダクタンスを低減できる。
【００４４】
次に、図３を用いて本発明の一実施の形態による半導体装置の回路図について説明する。
【００４５】
ここで、図１に示した平面図では、４個のＩＧＢＴチップと４個のダイオードが配置されているが、これは、第１の直列回路が並列配置され、さらに、第２の直列回路も並列配置されているためであり、ここでは、１個のＩＧＢＴチップとダイオードからなる第１の直列回路と１個のＩＧＢＴチップとダイオードからなる第２の直列回路だけについて説明する。
【００４６】
図３において、太い実線は、ブスバーを表し、破線は、アルミワイヤを表している。
【００４７】
ＩＧＢＴチップ３０Ａとダイオード４０Ａからなる直列回路により第１の回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ３２Ｂとダイオード４２Ｂからなる直列回路により第２の回路を構成している。
【００４８】
正極ブスバー２０は、ＩＧＢＴチップ３０Ａのコレクタ及びダイオード４２Ａのカソードに接続されている。負極ブスバー２４は、ダイオード４０Ａのアノード側にアルミワイヤ５０Ｂ３を介して接続され、ＩＧＢＴチップ３２Ｂのエミッタ側にアルミワイヤ５０Ｂ２を介して接続されている。
【００４９】
また、出力ブスバー２２は、ＩＧＢＴチップ３０Ａに対してアルミワイヤ５０Ａ１を介した点とダイオード４０Ａのカソードの接続点及びＩＧＢＴチップ３２Ａのコレクタとダイオード４２Ａのアノード側にアルミワイヤ５０Ａ３を介した点との接続点に接続されている。
【００５０】
ＩＧＢＴチップ３０Ａのベースに信号が印加されると、正の半波が出力ブスバー２２を介して取り出され、ＩＧＢＴチップ３２Ａのベースに信号が印加されると、負の半波が出力ブスバー２２を介して取り出されて、交流信号を得られる。
【００５１】
ダイオード４０Ａ及びダイオード４２Ａは、転流用のダイオードである。
【００５２】
ここで、本実施の形態によれば、正極ブスバーと負極ブスバーは、互いに平行に配置されるとともに、それぞれを流れる電流の方向は逆方向であるため、インダクタンスを低減できる。
【００５３】
また、出力ブスバーと正極ブスバーも互いに平行に配置されており、インダクタンスを低減できる。
【００５４】
また、アルミワイヤは、対アームであるアルミワイヤと互いに平行であり、しかも、流れる電流の方向は、逆方向となっており、インダクタンスを低減できる。
【００５５】
また、正極から電流が流れチップを通って出力端子に戻ってくるまでの往復線間は、ワイヤ高さと絶縁物高さ程度に小さくできるので、磁界キャンセリング作用により、インダクタンスを低減できる。そのため、各部における自己インダクタンスおよび相互インダクタンスが大きく減少し、それによりサ−ジ電圧を低減でき、スイッチング損失を低減できる。複数チップで遠い位置のチップのインダクタンスが大きく、電流アンバランスが発生しやすいため、極力内部わん曲をなくし、近接並行としインダクタンスを低減している。
【００５６】
チップの線膨張係数は、銅の約１／６倍で、窒化アルミの線膨張係数は、銅の約１／５倍で、チップ、銅、窒化アルミの順に接続されているため、熱ストレスの影響をうけることが予想されるが、ブスバーのＩＧＢＴチップマウント部の厚さを最適とすることにより熱応力作用によりはんだ寿命に影響しないようすることが可能である。
【００５７】
以下、本発明の他の実施の形態について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本発明の他の実施の形態による半導体装置の平面図であり、図５は、図４のＹ−Ｙ断面図である。
【００５８】
本実施の形態では、ＩＧＢＴチップとこれに直列配置されるダイオードを近接させる配置としている。また、ブスバーを上下対称に、即ち、対アームを形成する第１の直列回路と第２の直列回路を対称に配置し、これに対してブスバーを対称に配置している。なお、ここでは、２個のＩＧＢＴチップと２個のダイオードからなる配置を示しているが、図１と同様にして、４個のＩＧＢＴチップと４個のダイオードからなる配置としてもよい。
【００５９】
図４において、四角形の絶縁板１１０の上であって、図面に向かって左側の方には、長方形の正電極端子として用いられる正極ブスバー１２０Ｂが、接合されている。接合は、銀ローなどのロー材を用いている。絶縁板１１０は、例えば、窒化アルミ板からなる。また、正極ブスバー１２０の右側であって、絶縁板１１０の上には、出力端子として用いられる出力ブスバー１２２Ａが、ロー付けにより接合されている。正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、同一の絶縁板１１０上に取り付けられているため、互いに平行である。また、長方形の正極ブスバー１２０Ｂの長軸方向と出力ブスバー１２２Ａの長軸方向は互いに平行であり、この点においても、正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、互いに平行である。
【００６０】
正極ブスバー１２０Ｂの上には、図示しない半田により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ１３０Ａと転流用のダイオード１４２Ｂが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ１３０Ａのコレクタとダイオード１４２Ｂのカソードが、正極ブスバー１２０Ｂに接続されている。
【００６１】
また、出力ブスバー１２２Ａの上には、図示しない半田により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ１３２Ｂと転流用のダイオード１４０Ａが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのコレクタとダイオード１４０Ａのカソードが、出力ブスバー１２２Ａに接続されている。
【００６２】
ＩＧＢＴチップ１３０Ａのエミッタが、アルミワイヤ１５０Ａ１によって、出力ブスバー１２２Ａに接続され、ダイオード１４２Ｂのアノードが、アルミワイヤ１５０Ａ３によって、出力ブスバー１２２Ａに接続されている。ここで、アルミワイヤ１５０Ａ１，１５０Ａ３は、それぞれ、２本づつの線で表しているが、実際には、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ１５０Ａ１，１５０Ａ３は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００６３】
正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａの上には、３本の円柱形の絶縁物１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃが固定されている。そして、この絶縁物１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃの上には、負極ブスバー１２４が固定されている。従って、負極ブスバー１２４は、正極ブスバー１２０Ｂと互いに平行になっており、また、負極ブスバー１２４と正極ブスバー１２０Ｂを流れる電流の向きは、逆方向となっている。
【００６４】
負極ブスバー１２４には、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのエミッタが、アルミワイヤ１５０Ｂ１によって接続され、ダイオード１４０Ａのアノードが、アルミワイヤ１５０Ｂ３によって接続されている。ここで、アルミワイヤ１５０Ｂ１，１５０Ｂ３は、それぞれ、２本づつの線で表しているが、実際には、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ１５０Ｂ１，１５０Ｂ３は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００６５】
ここで、アルミワイヤ１５０Ａ１，１５０Ａ３とアルミワイヤ１５０Ｂ１，１５０Ｂ３は、それぞれ、平行に保たれている。即ち、この点については、図５を用いて詳述するが、アルミワイヤ１５０Ａ１とアルミワイヤ１５０Ｂ１が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっており、また、アルミワイヤ５０Ａ３とアルミワイヤ５０Ｂ３が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。
【００６６】
従って、ＩＧＢＴチップ１３０Ａのエミッタは、ダイオード１４０Ａのカソードに接続され、第１の直列回路を構成している。また、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのコレクタは、ダイオード１４２Ｂのアノードに接続され、第２の直列回路を構成している。第１の直列回路を構成するＩＧＢＴチップ１３０Ａとダイオード１４０Ａは近接して配置されているため、インバータの転流動作時に、電流がＩＧＢＴチップからダイオードに移った時の交流分による磁界キャンセリングが行える。また、第２の直列回路を構成するＩＧＢＴチップ１３２Ｂとダイオード１４２Ｂも同じ理由から近接して配置されている。
【００６７】
第１の直列回路と第２の直列回路は、それぞれ、正極ブスバー１２０Ｂと負極ブスバー１２４に対して並列接続されているとともに、第１の直列回路のＩＧＢＴチップのエミッタとダイオードのカソードの接続点及び、第２の直列回路のダイオードのアノードとＩＧＢＴチップのコレクタの接続点は、出力ブスバー１２２Ａに共通接続されている。
【００６８】
さらに、正極ブスバー１２０Ｂの左側であって、絶縁板１１０の上には、端子台１７０が取り付けられている。端子台１７０のうえには、半田により、ゲート抵抗１７４Ａが固定されている。ゲート抵抗１７４Ａは、アルミワイヤ１７８Ａ１によりＩＧＢＴチップ１３０Ａのベースに接続されている。また、出力ブスバー１２２Ａの右側であって、絶縁板１１０の上には、端子台１７２が取り付けられている。端子台１７２のうえには、半田により、ゲート抵抗１７６Ｂ１が固定されている。ゲート抵抗１７６Ｂ１は、アルミワイヤ１７８Ｂ２によりＩＧＢＴチップ１３２Ｂのベースに接続されている。
【００６９】
また、正極ブスバー１２０Ｂには、正極ブスバー１２０Ａが接続されており、正極ブスバー１２０Ａと負極ブスバー１２４の左側の端子部分は、互いに平行になっている。出力ブスバー１２２Ａには、出力ブスバー１２２Ｂが接続されている。正極ブスバー１２０Ａと出力ブスバー１２２Ｂの構成については、図５を用いて後述する。
【００７０】
ＩＧＢＴチップからの放熱は、絶縁板１１０を介して行われる。
【００７１】
次に、図５を用いて、図４に示した本発明の他の実施の形態による半導体装置の断面構造について説明する。
【００７２】
絶縁板１１０の上であって、図面に向かって左側の方には、正電極端子として用いられる正極ブスバー１２０Ｂが、接合されている。接合は、銀ローなどのロー材を用いている。正極ブスバー１２０Ｂには、入力端子として用いるＬ字状の正極ブスバー１２０Ａが半田付けされている。また、正極ブスバー１２０Ｂの右側であって、絶縁板１１０の上には、出力端子として用いられる出力ブスバー１２２Ａが、ロー付けにより接合されている。出力ブスバー１２２Ａには、出力端子として用いるＬ字状の出力ブスバー１２２Ｂが半田付けされている。正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、同一の絶縁板１１０上に取り付けられているため、互いに平行である。また、正極ブスバー１２０Ｂの長軸方向（図面に直交する方向）と出力ブスバー１２２Ａの長軸方向（図面に直交する方向）は互いに平行であり、この点においても、正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、互いに平行である。
【００７３】
正極ブスバー１２０Ｂの上には、半田１８０により、図示しないパワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップと転流用のダイオード１４２Ｂが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ１３０Ａのコレクタとダイオード１４２Ｂのカソードが、正極ブスバー１２０Ｂに接続されている。
【００７４】
また、出力ブスバー１２２Ａの上には、半田１８２により、パワーモジュールであるスイッチング用のＩＧＢＴチップ１３２Ｂと図示しない転流用のダイオードが固定されている。従って、電気回路的には、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのコレクタとダイオード１４２Ｂのアノードが、出力ブスバー１２２Ａに接続されている。
【００７５】
出力ブスバー１２２Ａには、ダイオード１４２Ｂのアノードが、アルミワイヤ１５０Ａ３によって接続されている。ここで、アルミワイヤ１５０Ａ３は複数本平行に用いられている。アルミワイヤ１５０Ａ３は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００７６】
正極ブスバー１２０Ｂ及び出力ブスバー１２２Ａの上には、円柱形の絶縁物１６０Ｂが固定されている。そして、絶縁物１６０Ｂの上には、負極ブスバー１２４が固定されている。従って、負極ブスバー１２４は、正極ブスバー１２０Ｂ及び正極ブスバー１２０Ａと互いに平行になっており、また、負極ブスバー１２４と正極ブスバー１２０Ａ，１２０Ｂを流れる電流の向きは、逆方向となっている。また、正極ブスバー１２０Ａと負極ブスバー１２４の間には、絶縁物製のスペーサ１９２を介して固定されている。
【００７７】
負極ブスバー１２４の右側には、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのエミッタが、アルミワイヤ１５０Ｂ１によって接続されている。また、図示しないダイオードのアノードが、アルミワイヤによって、負極ブスバー１２４の接続端子に接続されている。ここで、アルミワイヤ１５０Ｂ１は、複数本平行に用いられている。アルミワイヤ１５０Ｂ１は、ワイヤボンデイングによって設けられるため、１本のワイヤの径は、限界があり、ＩＧＢＴチップ若しくはダイオードから流れる電流の大きさに応じて、複数本使用している。
【００７８】
また、負極ブスバー１２４は、絶縁物１６０Ｂを介して、正極ブスバー１２０Ｂや出力ブスバー１２２Ａとは、異なる平面上に支持されているので、負極ブスバー１２４とＩＧＢＴチップ１３２Ｂのエミッタの間には、段差があり、従来のワイヤボンデイング技術では、このような段差がある場合には、アルミワイヤによるボンデイングが不可能であったが、近年、このような段差のある箇所にも適用可能なボンデイング技術が開発されたため、このような配置が可能となっている。また、正極ブスバー１２０Ｂと負極ブスバー１２４の間には、円柱状の絶縁物１６０Ｂを用いているため、超音波ボンデイング時の共振現象を防止できる。
【００７９】
ここで、アルミワイヤ１５０Ａ３とアルミワイヤ１５０Ｂ１は、それぞれ、平行に保たれている。即ち、アルミワイヤ１５０Ａ３とアルミワイヤ１５０Ｂ１が、互いに平行であり、しかも、流れる電流方向が逆向きとなっている。
【００８０】
従って、ＩＧＢＴチップ１３２Ｂのコレクタは、正極ブスバー１２０Ｂの上に固定された図示しないダイオードのアノードに接続され、第１の直列回路を構成している。また、正極ブスバー１２０Ｂの上に固定された図示しないＩＧＢＴチップのエミッタは、出力ブスバー１２２Ａの上に固定されたダイオードのカソードに接続され、第２の直列回路を構成している。また、第１の直列回路と第２の直列回路は、それぞれ、正極ブスバー１２０Ｂと負極ブスバー１２４に対して並列接続されているとともに、第１の直列回路のＩＧＢＴチップのエミッタとダイオードのカソードの接続点及び、第２の直列回路のダイオードのアノードとＩＧＢＴチップのコレクタの接続点は、出力ブスバー１２２Ａに共通接続されている。また、第１の回路と第２の回路は、対称配置されているため、正極ブスバー１２０Ａ，１２０Ｂ及び負極ブスバー１２４を対称形にすることができ、第１及び第２の回路に均等に流れるため、電流配分が均等になり、電流アンバランスを小さくできる。
【００８１】
さらに、正極ブスバー１２０Ｂの左側であって、絶縁板１１０の上には、端子台１７０が取り付けられている。端子台１７０のうえには、半田により、ゲート抵抗１７４Ａが固定されている。ゲート抵抗１７４Ａは、アルミワイヤ１７８Ａ１によりＩＧＢＴチップ１３０Ａのベースに接続されている。また、出力ブスバー１２２Ａの右側であって、絶縁板１１０の上には、端子台１７２が取り付けられている。端子台１７２のうえには、半田により、ゲート抵抗１７６Ｂが固定されている。ゲート抵抗１７６Ｂは、アルミワイヤ１７８Ｂ２によりＩＧＢＴチップ１３２Ｂのベースに接続されている。絶縁板１１０の裏には、銅パターン１９０が形成されており、ＩＧＢＴチップからの放熱は、絶縁板１１０を介して行われる。
【００８２】
正極ブスバー１２０Ｂと出力ブスバー１２２Ａは、絶縁板１１０の上に、０．４ｍｍ程度に薄くした部分をロー付けにより、接合している。
【００８３】
ＩＧＢＴチップの表面は、チップ保護のためのコーテイング剤で覆われ、さらに、その上には、チップ保護のために、ゲル１００が充填されている。
【００８４】
本実施の形態によれば、第１の回路と第２の回路を対称に配置したため、正極ブスバー及び負極ブスバーからの電流が均等に流れるため、電流配分が均等になる。
【００８５】
また、第１の回路を構成するＩＧＢＴチップとダイオードを近接して配置しているため、交流分による磁界キャンセリングが可能となる。
【００８６】
また、正極ブスバーと出力ブスバーが互いに平行に配置されているため、インダクタンスを低減することができる。
【００８７】
また、ＩＧＢＴチップが正極ブスバー及び出力ブスバーの上に直接ついているので、配線距離をさらに、短くできる。
【００８８】
また、負極ブスバーを正極ブスバーの上に平行に配置され、しかも、正極ブスバーを流れる電流の向きと負極ブスバーを流れる電流の向きが逆方向であるため、インダクタンスを低減することができる。
【００８９】
また、負極ブスバーを正極ブスバーの上に平行に配置したため、従来のようなジャンパープレートを使用する必要がないため、インダクタンスを低減できる。
【００９０】
また、負極ブスバーを正極ブスバーの上に平行に配置し、さらに、負極ブスバーと出力ブスバーの上に固定されたＩＧＢＴチップのエミッタを接続するアルミワイヤと、正極ブスバーの上に固定されたＩＧＢＴチップのエミッタと出力ブスバーを接続するアルミワイヤとを互いに平行にし、しかも、それらを流れる電流の向きを逆方向とすることにより、さらに、インダクタンスを低減できる。
【００９１】
また、正極から電流が流れチップを通って出力端子に戻ってくるまでの往復線間は、ワイヤ高さと絶縁物高さ程度に小さくできるので、磁界キャンセリング作用により、インダクタンスを低減できる。そのため、各部における自己インダクタンスおよび相互インダクタンスが大きく減少し、それによりサ−ジ電圧を低減でき、スイッチング損失を低減できる。複数チップで遠い位置のチップのインダクタンスが大きく、電流アンバランスが発生しやすいため、極力内部わん曲をなくし、近接並行としインダクタンスを低減している。
【００９２】
チップの線膨張係数は、銅の約１／６倍で、窒化アルミの線膨張係数は、銅の約１／５倍で、チップ、銅、窒化アルミの順に接続されているため、熱ストレスの影響をうけることが予想されるが、ブスバーのＩＧＢＴチップマウント部の厚さを最適とすることにより熱応力作用によりはんだ寿命に影響しないようすることが可能である。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、２回路内蔵方式の半導体装置における内部インダクタンスを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による半導体装置の平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による半導体装置の回路図である。
【図４】本発明の他の実施の形態による半導体装置の平面図である。
【図５】図４のＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
１０，１１０…絶縁板
１２…ケ−ス
２０，１２０Ａ，１２０Ｂ…正極ブスバ−
２２，１２４Ａ，１２４Ｂ…出力ブスバ−
２４，１２４…負極ブスバ−
３０Ａ，３０Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ…ＩＧＢＴチップ
４０Ａ，４０Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ…ダイオ−ドチップ
５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ａ３，５０Ａ４，５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｂ３，５０Ｂ４，７８Ａ１，７８Ａ２，７８Ｂ１，７８Ｂ２…アルミワイヤ
６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ，６０Ｆ…絶縁物
７０，７２…端子台
７４Ａ，７４Ｂ，７６Ａ，７６Ｂ…チップ抵抗
８０，８２，１８０，１８２…半田
９０…銅板
１００…ゲル
１９２…スペ−サ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device that switches a large current at high speed, and more particularly to a semiconductor device suitable for use in an electric vehicle drive device or a vehicle-mounted motor control device.
[0002]
[Prior art]
An electric vehicle, particularly an electric vehicle, is required to reduce the size and weight of a drive device. In such a drive device, a semiconductor device that switches a large current at high speed is used to obtain an alternating current that drives a motor from a direct current power source such as a battery. In particular, due to recent advances in power electronics, high-speed and high-power semiconductors such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) have been developed, and in order to reduce the loss generated, it is important to reduce the internal inductance. Yes.
[0003]
Therefore, for example, as described in Japanese Patent Publication No. 5-25392, the magnetic path is canceled by bringing the energizing path leading to the collector of the transistor and the energizing path leading to the emitter close to each other in parallel. It is known to reduce the inductance.
[0004]
Further, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-69415, a two-circuit built-in system in which a series circuit of a transistor and a diode is arranged in parallel is known. Even in such a two-circuit built-in system, it is known to reduce the inductance by making the energizing path leading to the collector of the transistor and the energizing path leading to the emitter parallel.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the two-circuit built-in method has a problem that an increase in inductance occurs due to the jumper plate because the jumper plate is used to connect the first circuit and the second circuit.
[0006]
An object of the present invention is to provide a two-circuit built-in semiconductor device having a small internal inductance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a positive electrode bus bar and an output bus bar fixed on an insulating substrate, a negative electrode bus bar which is electrically insulated and disposed in the vicinity of at least the positive electrode bus bar, the positive electrode bus bar, and the It is electrically connected to the output bus bar, and is electrically connected to the IGBT bus and diode chip on the positive electrode side fixed on the positive bus bar, and to the output bus bar and the negative bus bar, and on the output bus bar. The negative-side IGBT chip and the diode chip are fixed, and by adopting such a configuration, the inductance can be reduced.
[0008]
In the semiconductor device, preferably, the negative electrode bus bar is disposed close to at least the upper side of the positive electrode bus bar.
[0009]
In the semiconductor device, the electrical connection is preferably performed by wire bonding.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of the semiconductor device according to an embodiment of the present invention. It is a circuit diagram.
[0011]
In FIG. 1, a rectangular frame-shaped case 12 is fixed on a rectangular insulating plate 10. The insulating plate 10 is made of, for example, an aluminum nitride plate. A positive electrode bus bar 20 used as a rectangular positive electrode terminal is joined to the left side of the drawing on the insulating plate 10. For joining, a brazing material such as silver brazing is used. An output bus bar 22 used as an output terminal is joined to the right side of the positive bus bar 20 on the insulating plate 10 by brazing. Since the positive bus bar 20 and the output bus bar 22 are mounted on the same insulating plate 10, they are parallel to each other. Further, the major axis direction of the rectangular positive bus bar 20 and the major axis direction of the output bus bar 22 are parallel to each other. Also in this respect, the positive bus bar 20 and the output bus bar 22 are parallel to each other.
[0012]
On the positive bus bar 20, switching IGBT chips 30A and 30B and commutation diodes 42A and 42B, which are power modules, are fixed by solder (not shown). Therefore, in terms of electrical circuit, the collectors of the IGBT chips 30A and 30B and the anodes of the diodes 42A and 42B are connected to the positive bus bar 20.
[0013]
Here, assuming that the current capacity of each of the IGBT chips 30A and 30B is 100A, the IGBT chip 30A and the IGBT chip 30B are connected in parallel to each other in order to set the current capacity of the entire power module to 200A. Therefore, when the current capacity of the entire power module may be 100A, only the IGBT chip 30A may be used.
[0014]
On the output bus bar 22, switching IGBT chips 32A and 32B, which are power modules, and commutation diodes 40A and 40B are fixed by solder (not shown). Therefore, in terms of electrical circuit, the collectors of the IGBT chips 32A and 32B and the anodes of the diodes 40A and 40B are connected to the output bus bar 22.
[0015]
Here, assuming that the current capacities of the IGBT chips 32A and 32B are 100A, the IGBT chip 32A and the IGBT chip 32B are connected in parallel to each other in order to set the current capacity of the entire power module to 200A. Therefore, when the current capacity of the entire power module may be 100A, only the IGBT chip 30A may be used.
[0016]
The output bus bar 22 has integrally formed concave and convex connection terminal portions 22x1, 22x2, 22x3, and 22x4, and the emitter of the IGBT chip 30A is connected to the connection terminal portion 22x2 of the output bus bar 22 by an aluminum wire 50A1. The emitter of the IGBT chip 30B is connected to the connection terminal portion 22x3 of the output bus bar 22 by an aluminum wire 50A2. Also, the diode 42B anode Is connected to the connection terminal 22x1 of the output bus bar 22 by the aluminum wire 50A4, and the diode 42A anode Is connected to the output bus bar 22 by the aluminum wire 50A3. 4 It is connected to the. Here, the aluminum wires 50A1, 50A2, 50A3, and 50A4 are each represented by two lines, but actually, a plurality of aluminum wires are used in parallel. Since the aluminum wires 50A1, 50A2, 50A3, and 50A4 are provided by wire bonding, the diameter of one wire has a limit, and a plurality of wires are used depending on the magnitude of the current flowing from the IGBT chip or the diode. .
[0017]
Three cylindrical insulators 60A, 60B, and 60C are fixed on the positive bus bar 20. Also, the output bus bar 22 upon Three cylindrical insulators 60D, 60E, and 60F are fixed to each other. The negative electrode bus bar 24 is fixed on the six insulators 60A, 60B, 60C, 60D, 60E, and 60F. Therefore, the negative electrode bus bar 24 is parallel to the positive electrode bus bar 20, and the direction of the current flowing through the negative electrode bus bar 24 and the positive electrode bus bar 20 is opposite. The negative electrode bus bar 24 is also held by the case 12.
[0018]
On the right side of the negative electrode bus bar 24, there are integrally formed concave and convex connection terminal portions 24x1, 24x2, 24x3, and 24x4. The emitter of the IGBT chip 32A is connected to the negative electrode bus bar 24 by an aluminum wire 50B1. The emitter of the IGBT chip 32B is connected to the terminal portion 24x2, and the emitter of the IGBT chip 32B is connected to the connection terminal portion 24x3 of the negative bus bar 24 by an aluminum wire 50B2. Also, the diode 40A anode Is connected to the connection terminal 24x1 of the negative bus bar 24 by the aluminum wire 50B3, and the diode 40B anode But aluminum wire 50B 4 The connecting terminal 24x of the negative bus bar 24 4 It is connected to the. Here, the aluminum wires 50B1, 50B2, 50B3, and 50B4 are each represented by two lines, but in reality, a plurality of aluminum wires 50B1, 50B2, 50B3, and 50B4 are used in parallel. Since the aluminum wires 50B1, 50B2, 50B3, and 50B4 are provided by wire bonding, the diameter of one wire has a limit, and a plurality of wires are used depending on the magnitude of the current flowing from the IGBT chip or the diode. .
[0019]
Here, the aluminum wires 50A1, 50A2, 50A3, 50A4 and the aluminum wires 50B1, 50B2, 50B3, 50B4 are kept parallel to each other. That is, although this point will be described in detail with reference to FIG. 2, the aluminum wire 50A1 and the aluminum wire 50B1 are parallel to each other, and the direction of the flowing current is opposite, and the aluminum wire 50A2 Aluminum wires 50B2 are parallel to each other, and the direction of the flowing current is opposite. Furthermore, the aluminum wire 50A3 and the aluminum wire 50B3 are parallel to each other, and the flowing current direction is opposite, and the aluminum wire 50A4 and the aluminum wire 50B4 are parallel to each other, and the flowing current direction is Is reversed.
[0020]
Therefore, the emitter of the IGBT chip 30A is the diode 40A. Cathode To form a first series circuit. The emitter of the IGBT chip 30B is the diode of the diode 40B. Cathode Which also constitutes a first series circuit. The series circuit of the IGBT chip 30A and the diode 40A is a series circuit of the IGBT chip 30B and the diode 40B. When Connected in parallel. When the current capacity of the series circuit of the IGBT chip 30A and the diode 40A is 100A and the current capacity of the series circuit of the IGBT chip 30B and the diode 40B is 100A, these circuits are connected in parallel, and the current capacity is 200A. Therefore, when the current capacity may be 100 A, only the series circuit of the IGBT chip 30A and the diode 40A may be used.
[0021]
Also, the IGBT chip 32A collector Are connected to the anode of the diode 42A to form a second series circuit. Also, the IGBT chip 32B collector Is connected to the anode of the diode 42B, which also constitutes a second series circuit. The series circuit of the IGBT chip 32A and the diode 42A is a series circuit of the IGBT chip 32B and the diode 42B. When Connected in parallel. When the current capacity of the series circuit of the IGBT chip 32A and the diode 42A is 100A and the current capacity of the series circuit of the IGBT chip 32B and the diode 42B is 100A, these circuits are connected in parallel, and the current capacity is 200A. Therefore, when the current capacity may be 100 A, only a series circuit of the IGBT chip 32A and the diode 42A may be used.
[0022]
The first series circuit and the second series circuit are connected in parallel to the positive bus bar 20 and the negative bus bar 24, respectively, and the connection point between the emitter of the IGBT chip and the anode of the diode of the first series circuit, and The connection point between the cathode of the diode of the second series circuit and the collector of the IGBT chip is commonly connected to the output bus bar 22.
[0023]
Further, a terminal block 70 is attached to the left side of the positive bus bar 20 and on the insulating plate 10. On the terminal block 70, gate resistors 74A and 74B are fixed by solder. The gate resistor 74A is connected to the base of the IGBT chip 30A by an aluminum wire 78A1. The gate resistor 74B is connected to the base of the IGBT chip 30B by an aluminum wire 78B1. A terminal block 72 is attached to the right side of the output bus bar 22 and on the insulating plate 10. On the terminal block 72, gate resistors 76A and 76B are fixed by solder. The gate resistor 76A is connected to the base of the IGBT chip 32A by an aluminum wire 78A2. The gate resistor 76B is connected to the base of the IGBT chip 32B by an aluminum wire 78B2.
[0024]
Heat dissipation from the IGBT chip is performed via the insulating plate 10.
[0025]
Next, the cross-sectional structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
[0026]
A frame-shaped case 12 is fixed on the insulating plate 10. A positive electrode bus bar 20 used as a positive electrode terminal is joined to the left side of the drawing on the insulating plate 10. For joining, a brazing material such as silver brazing is used. An output bus bar 22 used as an output terminal is joined to the right side of the positive bus bar 20 on the insulating plate 10 by brazing. Since the positive bus bar 20 and the output bus bar 22 are mounted on the same insulating plate 10, they are parallel to each other. Further, the major axis direction of the positive bus bar 20 (direction perpendicular to the drawing) and the major axis direction of the output bus bar 22 (direction perpendicular to the drawing) are parallel to each other. Also in this respect, the positive bus bar 20 and the output bus bar 22 are Are parallel to each other.
[0027]
On the positive bus bar 20, a switching IGBT chip 30A, which is a power module, and a commutation diode (not shown) are fixed by solder 80. Therefore, in terms of an electric circuit, the collector of the IGBT chip 30A and the anode of the diode are connected to the positive bus bar 20.
[0028]
On the output bus bar 22, a switching IGBT chip 32A as a power module and a commutation diode (not shown) are fixed by a solder 82. Therefore, in terms of electrical circuit, the collector of the IGBT chip 32A and the anode of the diode are connected to the output bus bar 22.
[0029]
The output bus bar 22 has an integrally formed uneven connection terminal portion 22x2, and the emitter of the IGBT chip 30A is connected to the connection terminal portion 22x2 of the output bus bar 22 by an aluminum wire 50A1. A cathode of a diode (not shown) is connected to a connection terminal of the output bus bar 22 by an aluminum wire. Here, a plurality of aluminum wires 50A1 are used in parallel. Since the aluminum wire 50A1 is provided by wire bonding, the diameter of one wire has a limit, and a plurality of wires are used depending on the magnitude of the current flowing from the IGBT chip or the diode.
[0030]
A cylindrical insulator 60 </ b> B is fixed on the positive bus bar 20. Also, the output bus bar 22 upon A cylindrical insulator 60E is fixed to the upper part. And the negative electrode bus bar 24 is being fixed on these insulators 60B and 60E. Therefore, the negative electrode bus bar 24 is parallel to the positive electrode bus bar 20, and the direction of the current flowing through the negative electrode bus bar 24 and the positive electrode bus bar 20 is opposite.
[0031]
On the right side of the negative electrode bus bar 24, there is an integrally formed uneven connection terminal portion 24x2, and the emitter of the IGBT chip 32A is connected to the connection terminal portion 24x2 of the negative electrode bus bar 24 by an aluminum wire 50B1. ing. Further, the cathode of a diode (not shown) is connected to the connection terminal of the negative electrode bus bar 24 by an aluminum wire. Here, a plurality of aluminum wires 50B1 are used in parallel. Since the aluminum wire 50B1 is provided by wire bonding, the diameter of one wire has a limit, and a plurality of wires are used depending on the magnitude of the current flowing from the IGBT chip or the diode.
[0032]
Further, since the negative electrode bus bar 24 is supported on a different plane from the positive electrode bus bar 20 and the output bus bar 22 via the insulators 60B and 60E, between the negative electrode bus bar 24 and the emitter of the IGBT chip 32A, There are steps, and with conventional wire bonding technology, it is impossible to bond with aluminum wires when there is such a step, but in recent years there is a bonding technology that can also be applied to places with such steps. This arrangement is possible because it has been developed. In addition, since cylindrical insulators 60B and 60E are used between the positive bus bar 20 and the negative bus bar 24, a resonance phenomenon during ultrasonic bonding can be prevented.
[0033]
Here, the aluminum wire 50A1 and the aluminum wire 50B1 are kept parallel to each other. That is, the aluminum wire 50A1 and the aluminum wire 50B1 are parallel to each other and the flowing current direction is opposite.
[0034]
Therefore, the emitter of the IGBT chip 30A is a diode (not shown) fixed on the output bus bar 22. Cathode To form a first series circuit. Also, the IGBT chip 32A collector Is connected to the anode of a diode (not shown) fixed on the positive bus bar 20 and constitutes a second series circuit.
[0035]
The first series circuit and the second series circuit are connected in parallel to the positive bus bar 20 and the negative bus bar 24, respectively, and the emitter and diode of the IGBT chip of the first series circuit are connected to each other. Cathode The connection point of the diode of the second series circuit anode And the collector point of the IGBT chip are connected to the output bus bar 22 in common.
[0036]
Further, a terminal block 70 is attached to the left side of the positive bus bar 20 and on the insulating plate 10. On the terminal block 70, a gate resistor 74A is fixed by solder. The gate resistor 74A is connected to the base of the IGBT chip 30A by an aluminum wire 78A1. A terminal block 72 is attached to the right side of the output bus bar 22 and on the insulating plate 10. On the terminal block 72, a gate resistor 76A is fixed by solder. The gate resistor 76A is connected to the base of the IGBT chip 32A by an aluminum wire 78A2. A copper pattern 90 is formed on the back of the insulating plate 10, and heat dissipation from the IGBT chip is performed via the insulating plate 10.
[0037]
The positive bus bar 20 and the output bus bar 22 are joined on the insulating plate 10 by brazing a portion thinned to about 0.4 mm.
[0038]
The surfaces of the IGBT chips 30A and 32A are covered with a coating agent for protecting the chip. Further, in the space formed by the frame-shaped case 12 fixed on the insulating plate 10, the chip is protected in order to protect the chip. The gel 100 is filled.
[0039]
According to the present embodiment, since the positive bus bar 20 and the output bus bar 22 are arranged in parallel to each other, the inductance can be reduced.
[0040]
Moreover, since the IGBT chip is directly attached on the positive bus bar 20 and the output bus bar 22, the wiring distance can be further shortened.
[0041]
Further, since the negative electrode bus bar 24 is arranged in parallel on the positive electrode bus bar 20, and the direction of the current flowing through the positive electrode bus bar 20 and the direction of the current flowing through the negative electrode bus bar 24 are opposite, the inductance can be reduced. .
[0042]
Further, since the negative electrode bus bar 24 is arranged in parallel on the positive electrode bus bar 20, it is not necessary to use a jumper plate as in the prior art, so that the inductance can be reduced.
[0043]
Further, the negative electrode bus bar 24 is arranged in parallel on the positive electrode bus bar 20, and further fixed on the positive electrode bus bar 20 and an aluminum wire for connecting the emitter of the IGBT chip fixed on the negative electrode bus bar 24 and the output bus bar 22. Inductance can be further reduced by making the emitter of the IGBT chip and the aluminum wire connecting the output bus bar 22 parallel to each other and making the direction of the current flowing through them opposite to each other.
[0044]
Next, a circuit diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0045]
Here, in the plan view shown in FIG. 1, four IGBT chips and four diodes are arranged, but this is because the first series circuit is arranged in parallel, and the second series circuit is also arranged. This is because they are arranged in parallel. Here, only the first series circuit composed of one IGBT chip and a diode and the second series circuit composed of one IGBT chip and a diode will be described.
[0046]
In FIG. 3, a thick solid line represents a bus bar, and a broken line represents an aluminum wire.
[0047]
A first circuit is constituted by a series circuit including the IGBT chip 30A and the diode 40A. In addition, a second circuit is configured by a series circuit including the IGBT chip 32B and the diode 42B.
[0048]
The positive bus bar 20 includes a collector of the IGBT chip 30A and a diode 42. A of Cathode It is connected to the. The negative bus bar 24 is connected to the diode 40A. anode It is connected to the side through an aluminum wire 50B3, and connected to the emitter side of the IGBT chip 32B through an aluminum wire 50B2.
[0049]
The output bus bar 22 is connected to the IGBT chip 30A via the aluminum wire 50A1 and the diode 40A. Cathode Connection point and IGBT chip 32 A Collector and diode 42 A of anode Aluminum wire 50 on the side A3 It is connected to the connection point with the point through.
[0050]
When a signal is applied to the base of the IGBT chip 30A, a positive half-wave is taken out via the output bus bar 22, and the IGBT chip 32 A When a signal is applied to the base of, a negative half-wave is taken out via the output bus bar 22 to obtain an AC signal.
[0051]
Diode 40A and diode 42 A Is a diode for commutation.
[0052]
Here, according to the present embodiment, the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are arranged in parallel to each other, and the direction of the current flowing through each of them is opposite, so that the inductance can be reduced.
[0053]
Moreover, the output bus bar and the positive bus bar are also arranged in parallel to each other, and the inductance can be reduced.
[0054]
Moreover, the aluminum wire is parallel to the aluminum wire that is the arm, and the direction of the flowing current is opposite, so that the inductance can be reduced.
[0055]
Further, since the current between the positive electrode and the round trip line from the positive electrode through the chip to the output terminal can be reduced to about the wire height and the insulator height, the inductance can be reduced by the magnetic field canceling action. As a result, the self-inductance and the mutual inductance in each part are greatly reduced, whereby the surge voltage can be reduced and the switching loss can be reduced. Since the inductance of chips at distant positions in a plurality of chips is large and current imbalance is likely to occur, the internal bending is eliminated as much as possible, and the inductance is reduced in close proximity.
[0056]
The linear expansion coefficient of the chip is about 1/6 times that of copper, and the linear expansion coefficient of aluminum nitride is about 1/5 that of copper. Since the chip, copper, and aluminum nitride are connected in this order, the thermal stress is reduced. Although it is expected to be affected, it is possible to prevent the solder life from being affected by the effect of thermal stress by optimizing the thickness of the IGBT chip mount portion of the bus bar.
[0057]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a plan view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a YY cross-sectional view of FIG.
[0058]
In the present embodiment, the IGBT chip and the diode arranged in series are arranged close to each other. Further, the bus bars are arranged vertically symmetrically, that is, the first series circuit and the second series circuit forming the pair arm are arranged symmetrically, and the bus bars are arranged symmetrically. Here, although an arrangement composed of two IGBT chips and two diodes is shown, an arrangement composed of four IGBT chips and four diodes may be used in the same manner as in FIG.
[0059]
In FIG. 4, a positive bus bar 120B used as a rectangular positive electrode terminal is joined to the left side of the drawing on the rectangular insulating plate 110. For joining, a brazing material such as silver brazing is used. The insulating plate 110 is made of, for example, an aluminum nitride plate. Further, on the right side of the positive bus bar 120 and on the insulating plate 110, an output bus bar 122A used as an output terminal is joined by brazing. Since the positive bus bar 120B and the output bus bar 122A are mounted on the same insulating plate 110, they are parallel to each other. In addition, the major axis direction of the rectangular positive bus bar 120B and the major axis direction of the output bus bar 122A are parallel to each other, and the positive bus bar 120B and the output bus bar 122A are also parallel to each other in this respect.
[0060]
On the positive bus bar 120B, a switching IGBT chip 130A as a power module and a commutation diode 142B are fixed by solder (not shown). Therefore, in terms of electrical circuit, the collector of the IGBT chip 130A and the diode 142B Cathode Is connected to the positive bus bar 120B.
[0061]
On the output bus bar 122A, a switching IGBT chip 132B as a power module and a commutation diode 140A are fixed by solder (not shown). Therefore, in terms of electrical circuit, the collector of the IGBT chip 132B and the diode 140A Cathode But the output busbar 122A It is connected to the.
[0062]
The emitter of the IGBT chip 130A is connected to the output bus bar by the aluminum wire 150A1. 122A Connected to the diode 142B. anode Is connected to the output bus bar 122A by an aluminum wire 150A3. Here, each of the aluminum wires 150A1 and 150A3 is represented by two lines, but actually, a plurality of aluminum wires 150A1 and 150A3 are used in parallel. Since the aluminum wires 150A1 and 150A3 are provided by wire bonding, the diameter of one wire has a limit, and a plurality of wires are used according to the magnitude of the current flowing from the IGBT chip or the diode.
[0063]
Three cylindrical insulators 160A, 160B, and 160C are fixed on the positive bus bar 120B and the output bus bar 122A. A negative electrode bus bar 124 is fixed on the insulators 160A, 160B, and 160C. Therefore, the negative electrode bus bar 124 is parallel to the positive electrode bus bar 120B, and the direction of the current flowing through the negative electrode bus bar 124 and the positive electrode bus bar 120B is opposite.
[0064]
The emitter of the IGBT chip 132B is connected to the negative bus bar 124 by an aluminum wire 150B1, and the diode 140A anode Are connected by an aluminum wire 150B3. Here, each of the aluminum wires 150B1 and 150B3 is represented by two lines, but actually, a plurality of aluminum wires 150B1 and 150B3 are used in parallel. Since the aluminum wires 150B1 and 150B3 are provided by wire bonding, the diameter of one wire has a limit, and a plurality of wires are used depending on the magnitude of current flowing from the IGBT chip or the diode.
[0065]
Here, the aluminum wires 150A1 and 150A3 and the aluminum wires 150B1 and 150B3 are kept parallel to each other. That is, although this point will be described in detail with reference to FIG. 5, the aluminum wire 150A1 and the aluminum wire 150B1 are parallel to each other, and the direction of the flowing current is opposite, and the aluminum wire 50A3 Aluminum wires 50B3 are parallel to each other, and the direction of the flowing current is opposite.
[0066]
Therefore, the emitter of the IGBT chip 130A is the diode 140A. Cathode To form a first series circuit. Also, the IGBT chip 132B collector Are connected to the anode of the diode 142B to form a second series circuit. First Series circuit Since the IGBT chip 130A and the diode 140A that constitute the circuit are arranged close to each other, magnetic field canceling can be performed by alternating current when the current is transferred from the IGBT chip to the diode during the commutation operation of the inverter. The second 2 series circuit The IGBT chip 132B and the diode 142B constituting the same are also arranged close to each other for the same reason.
[0067]
The first series circuit and the second series circuit are connected in parallel to the positive bus bar 120B and the negative bus bar 124, respectively, and the emitter and diode of the IGBT chip of the first series circuit are connected to each other. Cathode The connection point of the diode of the second series circuit anode And the collector point of the IGBT chip are commonly connected to the output bus bar 122A.
[0068]
Further, a terminal block 170 is attached on the insulating plate 110 on the left side of the positive bus bar 120B. On the terminal block 170, a gate resistor 174A is fixed by solder. The gate resistor 174A is connected to the base of the IGBT chip 130A by an aluminum wire 178A1. A terminal block 172 is attached to the right side of the output bus bar 122 </ b> A and on the insulating plate 110. On the terminal block 172, a gate resistor is formed by solder. 176B1 Is fixed. Gate resistance 176B1 IGBT chip with aluminum wire 178B2 132B Connected to the base.
[0069]
The positive bus bar 120B is connected to the positive bus bar 120A, and the positive bus bar 120A and the negative bus bar 120B are connected to the positive bus bar 120B. 124 The left terminal portions are parallel to each other. An output bus bar 122B is connected to the output bus bar 122A. The configuration of the positive bus bar 120A and the output bus bar 122B will be described later with reference to FIG.
[0070]
Heat dissipation from the IGBT chip is performed via the insulating plate 110.
[0071]
Next, the cross-sectional structure of the semiconductor device according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
[0072]
A positive bus bar 120B used as a positive electrode terminal is joined to the left side of the drawing on the insulating plate 110. For joining, a brazing material such as silver brazing is used. An L-shaped positive bus bar 120A used as an input terminal is soldered to the positive bus bar 120B. Further, on the right side of the positive bus bar 120B and on the insulating plate 110, an output bus bar 122A used as an output terminal is joined by brazing. An L-shaped output bus bar 122B used as an output terminal is soldered to the output bus bar 122A. Since the positive bus bar 120B and the output bus bar 122A are mounted on the same insulating plate 110, they are parallel to each other. Further, the major axis direction of the positive bus bar 120B (direction orthogonal to the drawing) and the major axis direction of the output bus bar 122A (direction orthogonal to the drawing) are parallel to each other. Are parallel to each other.
[0073]
On the positive bus bar 120B, a switching IGBT chip and a commutation diode 142B, which are power modules (not shown), are fixed by solder 180. Therefore, in terms of electrical circuit, the IGBT chip 130A Collector and diode 142B Cathode Is connected to the positive bus bar 120B.
[0074]
On the output bus bar 122A, a switching IGBT chip 132B, which is a power module, and a commutating diode (not shown) are fixed by solder 182. Therefore, in terms of electrical circuit, the collector and diode of the IGBT chip 132B 142B Are connected to the output bus bar 122A.
[0075]
The output bus bar 122A has a diode 142B. anode Are connected by an aluminum wire 150A3. Here, a plurality of aluminum wires 150A3 are used in parallel. Since the aluminum wire 150A3 is provided by wire bonding, the diameter of one wire has a limit, and a plurality of wires are used depending on the magnitude of the current flowing from the IGBT chip or the diode.
[0076]
A cylindrical insulator 160B is fixed on the positive bus bar 120B and the output bus bar 122A. And insulators 160B On the top, a negative electrode bus bar 124 is fixed. Therefore, the negative electrode bus bar 124 is parallel to the positive electrode bus bar 120B and the positive electrode bus bar 120A, and the direction of the current flowing through the negative electrode bus bar 124 and the positive electrode bus bars 120A and 120B is opposite. Also, the positive bus bar 120A and the negative bus bar 124 In between, it fixes via the spacer 192 made from an insulator.
[0077]
On the right side of the negative electrode bus bar 124, IGBT The emitter of the chip 132B is an aluminum wire 150B1 Connected by. In addition, a diode (not shown) anode Is connected to the connection terminal of the negative electrode bus bar 124 by an aluminum wire. Where aluminum wire 150B1 Are used in parallel. Aluminum wire 150B1 Is provided by wire bonding, there is a limit to the diameter of one wire, and a plurality of wires are used depending on the magnitude of the current flowing from the IGBT chip or the diode.
[0078]
Also, the negative electrode bus bar 124 is an insulator. 160B Since the positive bus bar 120B and the output bus bar 122A are supported on different planes, there is a step between the negative bus bar 124 and the emitter of the IGBT chip 132B. In the conventional wire bonding technology, If there is such a step, bonding with aluminum wire was impossible, but in recent years, bonding technology that can also be applied to places with such a step has been developed, so this arrangement becomes possible ing. In addition, since the cylindrical insulator 160B is used between the positive bus bar 120B and the negative bus bar 124, a resonance phenomenon during ultrasonic bonding can be prevented.
[0079]
Here, the aluminum wire 150A3 and the aluminum wire 150B1 are kept parallel to each other. That is, the aluminum wire 150A3 and the aluminum wire 150B1 are parallel to each other, and the direction of the flowing current is opposite.
[0080]
Therefore, the IGBT chip 132B collector Are connected to the anode of a diode (not shown) fixed on the positive bus bar 120B to constitute a first series circuit. The emitter of an IGBT chip (not shown) fixed on the positive bus bar 120B is connected to the diode fixed on the output bus bar 122A. Cathode To form a second series circuit. The first series circuit and the second series circuit are connected in parallel to the positive bus bar 120B and the negative bus bar 124, respectively, and the emitter and diode of the IGBT chip of the first series circuit are connected to each other. Cathode The connection point of the diode of the second series circuit anode And the collector point of the IGBT chip are commonly connected to the output bus bar 122A. In addition, since the first circuit and the second circuit are arranged symmetrically, the positive bus bars 120A and 120B and the negative bus bar 124 can be symmetrical, and flow evenly through the first and second circuits. , Current distribution becomes uniform and current imbalance can be reduced.
[0081]
In addition, positive busbar 120B A terminal block 170 is mounted on the insulating plate 110 on the left side. On the terminal block 170, a gate resistor 174A is fixed by solder. The gate resistor 174A is connected to the base of the IGBT chip 130A by an aluminum wire 178A1. A terminal block 172 is attached to the right side of the output bus bar 122 </ b> A and on the insulating plate 110. On the terminal block 172, a gate resistor 176B is fixed by solder. The gate resistor 176B is connected to the base of the IGBT chip 132B by an aluminum wire 178B2. A copper pattern 190 is formed on the back of the insulating plate 110, and heat dissipation from the IGBT chip is performed via the insulating plate 110.
[0082]
The positive bus bar 120B and the output bus bar 122A are joined on the insulating plate 110 by brazing a portion thinned to about 0.4 mm.
[0083]
The surface of the IGBT chip is covered with a coating agent for protecting the chip, and further, a gel 100 is filled thereon for protecting the chip.
[0084]
According to the present embodiment, since the first circuit and the second circuit are arranged symmetrically, the current from the positive bus bar and the negative bus bar flows evenly, so that the current distribution becomes equal.
[0085]
In addition, since the IGBT chip and the diode constituting the first circuit are arranged close to each other, magnetic field canceling by alternating current is possible.
[0086]
Further, since the positive bus bar and the output bus bar are arranged in parallel to each other, the inductance can be reduced.
[0087]
Further, since the IGBT chip is directly attached on the positive bus bar and the output bus bar, the wiring distance can be further shortened.
[0088]
In addition, since the negative electrode bus bar is arranged in parallel on the positive electrode bus bar and the direction of the current flowing through the positive electrode bus bar is opposite to the direction of the current flowing through the negative electrode bus bar, the inductance can be reduced.
[0089]
Further, since the negative bus bar is arranged in parallel on the positive bus bar, it is not necessary to use a jumper plate as in the prior art, so that the inductance can be reduced.
[0090]
Further, the negative electrode bus bar is arranged in parallel on the positive electrode bus bar, and further, the aluminum wire connecting the negative electrode bus bar and the emitter of the IGBT chip fixed on the output bus bar, and the IGBT chip fixed on the positive electrode bus bar The inductance can be further reduced by making the emitter and the aluminum wire connecting the output bus bar parallel to each other and making the direction of the current flowing through them opposite to each other.
[0091]
Further, since the current between the positive electrode and the round trip line from the positive electrode through the chip to the output terminal can be reduced to about the wire height and the insulator height, the inductance can be reduced by the magnetic field canceling action. As a result, the self-inductance and the mutual inductance in each part are greatly reduced, whereby the surge voltage can be reduced and the switching loss can be reduced. Since the inductance of chips at distant positions in a plurality of chips is large and current imbalance is likely to occur, the internal bending is eliminated as much as possible, and the inductance is reduced in close proximity.
[0092]
The linear expansion coefficient of the chip is about 1/6 times that of copper, and the linear expansion coefficient of aluminum nitride is about 1/5 that of copper. Since the chip, copper, and aluminum nitride are connected in this order, the thermal stress is reduced. Although it is expected to be affected, it is possible to prevent the solder life from being affected by the effect of thermal stress by optimizing the thickness of the IGBT chip mount portion of the bus bar.
[0093]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to reduce the internal inductance in a two-circuit built-in semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
5 is a YY cross-sectional view of FIG. 4;
[Explanation of symbols]
10, 110 ... Insulating plate
12 ... Case
20, 120A, 120B ... Positive electrode bus bar
22, 124A, 124B ... output bus bar
24, 124 ... negative electrode bus bar
30A, 30B, 32A, 32B ... IGBT chip
40A, 40B, 42A, 42B ... Diode chip
50A1,50A2,50A3,50A4,50B1,50B2,50B3,50B4,78A1,78A2,78B1,78B2 ... Aluminum wire
60A, 60B, 60C, 60D, 60E, 60F ... insulator
70, 72 ... Terminal block
74A, 74B, 76A, 76B ... Chip resistance
80, 82, 180, 182 ... solder
90 ... copper plate
100 ... Gel
192 ... Spacer

Claims

A positive bus bar and an output bus bar fixed on an insulating substrate;
A negative electrode bus bar which is electrically insulated and disposed at least close to the positive electrode bus bar;
An IGBT chip and a diode chip on the positive electrode side that are electrically connected to the positive bus bar and the output bus bar and are fixed on the positive bus bar;
A semiconductor device comprising: a negative-side IGBT chip and a diode chip that are electrically connected to the output bus bar and the negative bus bar, and are fixed on the output bus bar.

The semiconductor device according to claim 1,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the negative electrode bus bar is disposed in proximity to at least the positive electrode bus bar.

The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device is characterized in that the electrical connection is made by wire bonding.